CN116027532A - 一种短焦折反投影系统及近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种短焦折反投影系统及近眼显示装置，其中系统包括从人眼一侧到显示屏幕之间依次共轴设置的第一辅透镜、偏振反射元件、相位延迟元件、消色差透镜组合、分光膜和第二辅透镜；第一辅透镜用于调整系统的光焦度；消色差透镜组合包括胶合的第一主透镜和第二主透镜，用于减小系统的色差；第二辅透镜用于校正系统的成像像差；消色差透镜组合靠近显示屏幕一侧的表面或第二辅透镜靠近人眼一侧的表面设有分光膜，分光膜用于与偏振反射元件构成光学偏振折反腔。本发明能够实现低色差的近眼显示方案，提高成像质量，提高用户体验。

Description

一种短焦折反投影系统及近眼显示装置

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种短焦折反投影系统及近眼显示装置。

背景技术

近年来，近眼显示技术已在教育、工业、娱乐、军事和医疗等诸多领域得到广泛应用。作为近眼显示中的一个重要分支，虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术可以给人眼提供大视场、高沉浸的视觉体验，因此备受关注。

目前，新一代的虚拟现实显示设备为了实现设备的体积小型化、重量轻型化，普遍采用短焦折反投影系统。然而，由于光线在该系统内会折反三次，所产生的色差会成倍增加，大大影响多波长彩色成像的成像质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种低色差的短焦折反投影系统及近眼显示装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种短焦折反投影系统，包括：

从人眼一侧到显示屏幕之间依次共轴设置的第一辅透镜、偏振反射元件、相位延迟元件、消色差透镜组合、分光膜和第二辅透镜；其中，

所述第一辅透镜用于调整所述系统的光焦度；

所述偏振反射元件用于透过P型线偏振光且反射S型线偏振光；

所述相位延迟元件紧贴所述偏振反射元件，用于使透过的光产生四分之一相位延迟；

所述消色差透镜组合，包括胶合的第一主透镜和第二主透镜，用于减小所述系统的色差；所述第一主透镜是一个低阿贝数且高色散材质的负透镜，所述第二主透镜是一个高阿贝数且低色散材质的正透镜，所述第一主透镜的阿贝数低于所述第二主透镜的阿贝数；

所述第二辅透镜用于校正所述系统的成像像差；

所述消色差透镜组合靠近显示屏幕一侧的表面或者所述第二辅透镜靠近人眼一侧的表面设有所述分光膜，所述分光膜用于与所述偏振反射元件构成光学偏振折反腔。

可选地，所述消色差透镜组合中，至少一个非胶合表面的面型为非球面。

可选地，所述第一主透镜的阿贝数范围为17～55；所述第二主透镜的阿贝数范围为55～95。

可选地，所述第一主透镜相对于所述第二主透镜，设置在靠近人眼侧；所述第二辅透镜为负透镜，所述第一主透镜的厚度在2mm～4.2mm之间，所述第二主透镜的厚度在5mm～6mm之间，所述第二辅透镜的厚度不大于1.5mm。

可选地，所述第一主透镜相对于所述第二主透镜，设置在远离人眼侧；所述第二辅透镜为正透镜，所述第一主透镜的厚度不大于2mm，所述第二主透镜的厚度在5mm～6mm之间，所述第二辅透镜的厚度在4mm～5.2mm之间。

可选地，所述第二辅透镜远离人眼一侧表面的面型为球面、非球面或平面。

可选地，所述第一辅透镜靠近人眼一侧表面的面型为非球面。

可选地，所述第一辅透镜与出瞳之间的距离范围为0mm～15mm，出瞳的直径范围为8mm～12mm，所述系统的总长范围为15mm～19mm，焦距范围为20mm～30mm，所述系统的视场角范围为45°～55°。

可选地，所述消色差透镜组合中，最靠近人眼侧表面的曲率半径范围为150mm～350mm，最靠近显示屏幕侧表面的曲率半径范围为-100mm～-20mm；

所述第一主透镜和第二主透镜的厚度之和在7mm～11mm之间；

所述消色差透镜组合的焦距在70mm至170mm之间。

一种近眼显示装置，包括图像源和如上述任一项所述的短焦折反投影系统，所述图像源包括发射圆偏振光的显示屏幕，或者，所述图像源包括设置有圆偏振元件的显示屏幕。

根据本发明的短焦折反投影系统及近眼显示装置，可以实现低色差的近眼显示方案，本发明利用一个低阿贝数且高色散材质的负透镜和一个高阿贝数且低色散材质的正透镜紧贴胶合构成消色差透镜组合，可以增加光程且减小光学偏振折反腔内产生的色差，从而改善多波长彩色成像的成像质量，并在大视场角、大出瞳的同时，实现设备轻薄化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一中的短焦折反投影系统示意图；

图2是本发明实施例一中的短焦折反投影系统的垂轴色差曲线图；

图3是本发明实施例二中的短焦折反投影系统示意图；

图4是本发明实施例二中的短焦折反投影系统的垂轴色差曲线图；

图5是本发明实施例三中的短焦折反投影系统示意图；

图6是本发明实施例三中的短焦折反投影系统的垂轴色差曲线图；

图7是本发明实施例四中的短焦折反投影系统示意图；

图8是本发明实施例四中的短焦折反投影系统的垂轴色差曲线图；

图9是本发明实施例五中的短焦折反投影系统示意图；

图10是本发明实施例五中的短焦折反投影系统的垂轴色差曲线图；

图11是本发明实施例六中的短焦折反投影系统示意图；

图12是本发明实施例六中的短焦折反投影系统的垂轴色差曲线图。

图中：101：出瞳；102：第一辅透镜；103：偏振反射元件；104：相位延迟元件；105：第一主透镜；106：第二主透镜；107：第二辅透镜；108：圆偏振元件；109：显示屏幕。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，表述“第一”和“第二”等可以修饰本发明的多种组成元件，但是不限制对应的组成元件。例如，表述不限制对应的组成元件的顺序和/或重要性等。表述可以用于将一个组成元件与另一组成元件区分开来。例如，第一用户装置和第二用户装置全部为用户装置，且代表不同的用户装置。例如，第一组成元件可以被命名为第二组成元件而不脱离本发明的精神和范围。相同地，即使第二组成元件也可以被命名为第一组成元件。

本发明提供的一种短焦折反投影系统包括：从人眼一侧到显示屏幕之间依次共轴设置的第一辅透镜102、偏振反射元件103、相位延迟元件104、消色差透镜组合、分光膜和第二辅透镜107；其中：

所述第一辅透镜102用于调整所述系统的光焦度；

所述偏振反射元件103用于透过P型线偏振光且反射S型线偏振光；

所述相位延迟元件104紧贴所述偏振反射元件，用于使透过的光产生四分之一相位延迟；

所述消色差透镜组合，包括胶合的第一主透镜105和第二主透镜106，用于减小所述系统的色差；所述第一主透镜105是一个低阿贝数且高色散材质的负透镜，所述第二主透镜106是一个高阿贝数且低色散材质的正透镜，所述第一主透镜105的阿贝数低于所述第二主透镜106的阿贝数；

所述第二辅透镜107用于校正所述系统的成像像差；

所述偏振反射元件103和相位延迟元件104独立设置，或者所述偏振反射元件103和相位延迟元件104一起贴附在第一辅透镜102远离人眼一侧(也即靠近显示屏幕109一侧)的表面，或者所述偏振反射元件103和相位延迟元件104一起贴附在所述消色差透镜组合靠近人眼一侧(也即远离显示屏幕109一侧)的表面上；所述消色差透镜组合靠近显示屏幕109一侧(也即远离人眼一侧)的表面或者所述第二辅透镜107靠近人眼一侧的表面设有所述分光膜，所述分光膜用于与所述偏振反射元件103构成光学偏振折反腔。

上述短焦折反投影系统在使用时，来自显示屏幕109的图像信号(也即显示屏幕109出射的光)进入圆偏振元件108后，转换为左旋圆偏振光，并经过第二辅透镜107，到达消色差透镜组合与第二辅透镜107之间的分光膜，其中一部分图像信号经分光膜反射损失掉，另一部分图像信号经分光膜透射后，经过消色差透镜组合进入相位延迟元件104，相位延迟元件104对进入的左旋圆偏振光产生相位延迟，使透过的图像信号转换为S型线偏振光，进入偏振反射元件103，偏振反射元件103透过P型线偏振光、反射S型线偏振光，故将图像信号反射，再进入相位延迟元件104，相位延迟元件104对进入的光产生相位延迟，转换为左旋圆偏振光，依次经过消色差透镜组合透射后到达分光膜，其中一部分图像信号经分光膜透射损失掉，另一部分图像信号经过分光膜反射，并转换为右旋圆偏振光，再经过消色差透镜组合进入相位延迟元件104，相位延迟元件104对进入的右旋圆偏振光产生相位延迟，转换为P型线偏振光，P型线偏振光透射经过偏振反射元件103进入第一辅透镜102，最终入射进入出瞳101，形成图像。

本发明的系统中，消色差透镜组合包括一个低阿贝数且高色散材质的负透镜和一个高阿贝数且低色散材质的正透镜，两个透镜紧贴胶合，该消色差透镜组合起到了增加分光膜与偏振反射元件103之间光程的作用，且减小了系统色差，能够改善最终成像质量，提高用户体验。上述短焦折反投影系统中，通过在光学偏振折反腔中使用消色差透镜组合，光线三次经过消色差透镜组合，控制整个投影系统的色差，使之处于一个较低的水平，使系统的色差小于10μm。

所述消色差透镜组合中的第一主透镜105和第二主透镜106的位置可以互换，当第一主透镜105和第二主透镜106的顺序发生变化时，通过调整第一辅透镜和第二辅透镜的面型，完成整个短焦折反投影系统的设计。

可选地，所述第一辅透镜102靠近人眼一侧表面的面型为球面或非球面。

通过采用不同的第一辅透镜102，可以改变整个系统的光焦度，实现不同虚像距离成像，从而对屈光不正的使用人群进行适配。例如，若所述第一辅透镜102为凹平透镜，靠近人眼一侧的表面为凹面，可以为近视人群提供负光焦度的视力矫正功能，使观察者可以无需佩戴近视矫正眼镜即可看到清晰的虚拟画面，若所述第一辅透镜102为凸凹透镜或凸平透镜，靠近人眼一侧的表面为凸面，可以为远视人群提供正光焦度的视力矫正功能，使观察者可以无需佩戴远视矫正眼镜即可看到清晰的虚拟画面。

可选地，所述消色差透镜组合中，至少一个非胶合表面的面型为非球面。

非胶合表面，即，非第一主透镜和第二主透镜之间进行胶合的表面。消色差透镜组合中至少一个非胶合表面的面型为非球面，也即，消色差透镜组合中最靠近人眼侧的表面和/或最靠近显示屏幕侧的表面为非球面，有助于减少像差，缩短所述消色差透镜组合的厚度。

可选地，所述第一主透镜105的阿贝数范围为17～55；所述第二主透镜106的阿贝数范围为55～95。

所述第一主透镜105和所述第二主透镜106的厚度在7mm～11mm之间，其中，第二主透镜106的厚度在5mm～6mm之间，第一主透镜105的厚度小于5mm，整个折反腔的厚度不大于12.5mm，整个光学系统从最靠近人眼侧表面至像源面的厚度，即系统总长不大于19mm。

采用上述条件的透镜构成消色差透镜组合，第一主透镜产生正色差，第二主透镜产生负色差，二者相互平衡，能够获得较好的消色差效果。

可选地，所述第一主透镜105相对于所述第二主透镜106，设置在靠近人眼侧；所述第二辅透镜107为负透镜。此时，所述第一主透镜105的厚度在2mm～4.2mm之间，所述第二主透镜106的厚度在5mm～6mm之间，所述第二辅透镜的厚度不大于1.5mm。

可选地，所述第一主透镜105相对于所述第二主透镜106，设置在远离人眼侧；所述第二辅透镜107为正透镜。此时，所述第一主透镜105的厚度不大于2mm，所述第二主透镜106的厚度在5mm～6mm之间，所述第二辅透镜的厚度在4mm～5.2mm之间。

进一步地，所述第二辅透镜107远离人眼一侧表面的面型为球面、非球面或平面。

上述实施例中，第二辅透镜107远离人眼一侧的表面面型可选平面、球面或非球面，非球面相比球面增加了更多的校正系统像差的能力，可令整个系统拥有更高的成像质量。

可选地，所述第一辅透镜102与出瞳101之间的距离范围为0mm～15mm，出瞳101的直径范围为8mm～12mm，所述系统的总长范围为15mm～19mm，所述系统的焦距范围为20mm～30mm，所述系统的视场角范围为45°～55°。

上述实施例能够获得较大的出瞳101区域，并确保出瞳101处具有足够的光强，实现高质量成像；能够实现系统的小型化、轻量化，并适用于一般用户的用眼需求；同时，能够使用户获得较大的视野范围，提高用户体验。

可选地，所述消色差透镜组合中，也即胶合的第一主透镜和第二主透镜，最靠近人眼侧表面的曲率半径范围为150mm～350mm，最靠近显示屏幕侧表面的曲率半径范围为-100mm～-20mm；

所述第一主透镜和第二主透镜的厚度之和在7mm～11mm之间；

所述消色差透镜组合的焦距在70mm至170mm之间。

采用上述实施例可以增加光程且减小光学偏振折反腔内产生的色差，从而改善多波长彩色成像的成像质量，并在大视场角、大出瞳的同时，实现设备轻薄化。

本发明提供的所述系统的色差小于10μm，相比传统的短焦折反投影系统(色差普遍大于30μm)，能够有效改善多波长彩色成像的成像质量。

实施例一

如图1所示(图1中xyz坐标系为z轴由人眼一侧指向显示屏幕的右手坐标系，z轴与系统的主光轴平行)，在一个具体的实施例中，第一辅透镜102为凸平透镜，第一主透镜105为凸凹透镜，第二主透镜106为双凸透镜，第一主透镜105更靠近人眼一侧，第二辅透镜107为凹平透镜。第一辅透镜102靠近人眼一侧表面(序号S11)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S12)为平面。第一主透镜105靠近人眼一侧表面(序号S21)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S22)为球面。第二主透镜106靠近人眼一侧表面(序号S31)为球面，远离人眼一侧表面(序号S32)为非球面。消色差透镜组合的焦距为76.56mm。第二辅透镜107靠近人眼一侧表面(序号S41)为球面，设分光膜，远离人眼一侧表面(序号S42)为平面。S11表面与空气相接触，S12表面上依次贴附偏振反射元件103和相位延迟元件104。第一主透镜105为低阿贝数材料的负透镜，第二主透镜106为高阿贝数材料的正透镜，二者胶合在一起，S22表面和S31表面之间不存在空气层。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合，可以对系统产生的色差进行校正，以实现全波长下的高成像质量。偏振反射元件103和S41表面的分光膜之间形成光学偏振折反腔。

图2为该图1所示实施例的垂轴色差曲线图，其中，短波-长波曲线表示该系统所覆盖的波谱范围内，最长波长与最短波长的色差值，短波-参考波曲线表示该系统所覆盖的波谱范围内，最短波长与参考波长的色差值。该系统的最大色差为整个视场内最长波长与最短波长的色差值的最大值。该系统的最大色差为8.8μm。该实施例各光学表面的参数如表1所示：

表1图1所示系统的各光学表面参数

实施例二

如图3所示，在一个具体的实施例中，第一辅透镜102为凸平透镜，第一主透镜105为凸凹透镜，第二主透镜106为双凸透镜，第二辅透镜107为凹凸透镜。第一辅透镜102靠近人眼一侧表面(序号S11)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S12)为平面。第一主透镜105靠近人眼一侧表面(序号S21)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S22)为球面。第二主透镜106靠近人眼一侧表面(序号S31)为球面，远离人眼一侧表面(序号S32)为非球面。消色差透镜组合的焦距为78.12mm。第二辅透镜107靠近人眼一侧表面(序号S41)为球面，设分光膜，远离人眼一侧表面(序号S42)为球面。S42表面为球面，增加了一个可以提供光焦度的表面，提高了光学设计的自由度，在保证较高可加工性的同时，为校正系统像差提供了帮助。S11表面与空气相接触，S12表面上依次贴附偏振反射元件103和相位延迟元件104。第一主透镜105和第二主透镜106二者胶合在一起，S22表面和S31表面之间不存在空气层。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合，可以对系统产生的色差进行校正，以实现全波长下的高成像质量，偏振反射元件103和S41表面形成光学偏振折反腔。

图4为该图3所示实施例的垂轴色差曲线图，该系统的最大色差为8.9μm，该实施例各光学表面的参数如表2所示：

表2图3所示系统的各光学表面参数

实施例三

如图5所示，在一个具体的实施例中，第一辅透镜102为凸平透镜，第一主透镜105为凸凹透镜，第二主透镜106为双凸透镜，第二辅透镜107为双凹透镜。第一辅透镜102靠近人眼一侧表面(序号S11)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S12)为平面。第一主透镜105靠近人眼一侧表面(序号S21)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S22)为球面。第二主透镜106靠近人眼一侧表面(序号S31)为球面，远离人眼一侧表面(序号S32)为非球面。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合，消色差透镜组合的焦距为70.40mm。第二辅透镜107靠近人眼一侧表面(序号S41)为非球面，设分光膜，远离人眼一侧表面(序号S42)为非球面。S11表面与空气相接触，S12表面上依次贴附偏振反射元件103和相位延迟元件104。第一主透镜105和第二主透镜106二者胶合在一起，S22表面和S31表面之间不存在空气层。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合可以对系统产生的色差进行校正，以实现全波长下的高成像质量。偏振反射元件103和S41表面形成光学偏振折反腔。该实施例中S41表面和S42表面均为非球面，相比球面增加了更多的校正系统像差的能力，整个系统拥有更高的成像质量。图6为该图5所示实施例的垂轴色差曲线图，该系统的最大色差为9.4μm，该实施例各光学表面的参数如表3所示：

表3图5所示系统的各光学表面参数

实施例四

如图7所示，在一个具体的实施例中，第一辅透镜102为凹平透镜，第一主透镜105为凸凹透镜，第二主透镜106为双凸透镜，第二辅透镜107为凹凸透镜。第一辅透镜102靠近人眼一侧表面(序号S11)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S12)为平面。第一主透镜105靠近人眼一侧表面(序号S21)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S22)为球面。第二主透镜106靠近人眼一侧表面(序号S31)为球面，远离人眼一侧表面(序号S32)为非球面。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合，消色差透镜组合的焦距为70.02mm。第二辅透镜107靠近人眼一侧表面(序号S41)为非球面，设分光膜，远离人眼一侧表面(序号S42)为非球面。该实施例中S11表面为凹面，可以为近视人群提供负光焦度的视力矫正功能，使用户可以无需佩戴近视矫正眼镜即可看到清晰的虚拟画面。S11表面与空气相接触，S12表面上依次贴附偏振反射元件103和相位延迟元件104。第一主透镜105和第二主透镜106二者胶合在一起，S22表面和S31表面之间不存在空气层。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合可以对系统产生的色差进行校正，以实现全波长下的高成像质量，偏振反射元件103和S41表面形成光学偏振折反腔。图8为该图7所示实施例的垂轴色差曲线图，该系统的最大色差为7.6μm，该实施例各光学表面的参数如表4所示：

表4图7所示系统的各光学表面参数

实施例五

如图9所示，在一个具体的实施例中，第一辅透镜102为凹平透镜，第二主透镜106为双凸透镜，第一主透镜105为凹凸透镜，第二主透镜106更靠近人眼一侧，第二辅透镜107为凸凹透镜。第一辅透镜102靠近人眼一侧表面(序号S11)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S12)为平面。第二主透镜106靠近人眼一侧表面(序号S21)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S22)为球面。第一主透镜105靠近人眼一侧表面(序号S31)为球面，远离人眼一侧表面(序号S32)为非球面，设分光膜。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合，消色差透镜组合的焦距为142.83mm。第二辅透镜107靠近人眼一侧表面(序号S41)为球面，远离人眼一侧表面(序号S42)为球面。该实施例中S11表面为凹面，可以为近视人群提供负光焦度的视力矫正功能，使用户可以无需佩戴近视矫正眼镜即可看到清晰的虚拟画面。S11表面与空气相接触，S12表面上依次贴附偏振反射元件103和相位延迟元件104。第二主透镜106为高阿贝数材料的透镜，第一主透镜105为低阿贝数材料的透镜，二者胶合在一起，S22表面和S31表面之间不存在空气层。第二主透镜106和第一主透镜105胶合形成的消色差透镜组合可以对系统产生的色差进行校正，以实现全波长下的高成像质量，偏振反射元件103和S32表面形成光学偏振折反腔。图10为该图9所示实施例的垂轴色差曲线图，该系统的最大色差为4.8μm，该实施例各光学表面的参数如表5所示：

表5图9所示系统的各光学表面参数

实施例六

如图11所示，在一个具体的实施例中，第一辅透镜102为凸凹透镜，第二主透镜106为双凸透镜，第一主透镜105为凹凸透镜，第二主透镜106更靠近人眼一侧，第二辅透镜107为凸凹透镜。第一辅透镜102靠近人眼一侧表面(序号S11)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S12)为球面。第二主透镜106靠近人眼一侧表面(序号S21)为非球面，远离人眼一侧表面(序号S22)为球面。第一主透镜105靠近人眼一侧表面(序号S31)为球面，远离人眼一侧表面(序号S32)为非球面，设分光膜。第一主透镜105和第二主透镜106胶合形成的消色差透镜组合，消色差透镜组合的焦距为163.35mm。第二辅透镜107靠近人眼一侧表面(序号S41)为球面，远离人眼一侧表面(序号S42)为球面。该实施例中S11表面为凸面，可以为远视人群提供正光焦度的视力矫正功能，使用户可以无需佩戴远视矫正眼镜即可看到清晰的虚拟画面。S11表面、S12表面与空气相接触，S21表面上贴附相位延迟元件104和偏振反射元件103，偏振反射元件103更靠近人眼一侧。第二主透镜106和第一主透镜105二者胶合在一起，S22表面和S31表面之间不存在空气层。第二主透镜106和第一主透镜105胶合形成的消色差透镜组合可以对系统产生的色差进行校正，以实现全波长下的高成像质量，偏振反射元件103和S32表面形成光学偏振折反腔。该实施例中，光学偏振折反腔的两个表面均为非球面，进一步为光学设计增加了自由度，可以更好地对像差进行校正，实现更高的成像质量。图12为该图11所示实施例的垂轴色差曲线图，该系统的最大色差为6.0μm，该实施例各光学表面的参数如表6所示：

表6图11所示系统的各光学表面参数

本发明还提供了一种近眼显示装置，包括：图像源和如上述任一项实施例所述的短焦折反投影系统。所述图像源包括发射圆偏振光的显示屏幕109，或者，所述图像源包括设置有圆偏振元件108的显示屏幕109。

进一步地，所述显示屏幕109可选为LCD屏幕或OLED屏幕。

显示屏幕109的尺寸和亮度可根据实际需要选择。在一个具体的实施方式中，采用0.68英寸的显示屏幕，该装置的视场角可以达到45～55°，出瞳距离范围为0～15mm，出瞳直径可以达到8～12mm，色差小于10μm，在大视场角、大出瞳的同时，实现了设备轻薄化和高成像质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种短焦折反投影系统，其特征在于，包括：

从人眼一侧到显示屏幕之间依次共轴设置的第一辅透镜、偏振反射元件、相位延迟元件、消色差透镜组合、分光膜和第二辅透镜；其中，

所述第一辅透镜用于调整所述系统的光焦度；

所述偏振反射元件用于透过P型线偏振光且反射S型线偏振光；

所述相位延迟元件紧贴所述偏振反射元件，用于使透过的光产生四分之一相位延迟；

所述消色差透镜组合，包括胶合的第一主透镜和第二主透镜，用于减小所述系统的色差；所述第一主透镜是一个低阿贝数且高色散材质的负透镜，所述第二主透镜是一个高阿贝数且低色散材质的正透镜，所述第一主透镜的阿贝数低于所述第二主透镜的阿贝数；

所述第二辅透镜用于校正所述系统的成像像差；

所述消色差透镜组合靠近显示屏幕一侧的表面或者所述第二辅透镜靠近人眼一侧的表面设有所述分光膜，所述分光膜用于与所述偏振反射元件构成光学偏振折反腔。

2.根据权利要求1所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述消色差透镜组合中，至少一个非胶合表面的面型为非球面。

3.根据权利要求1所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述第一主透镜的阿贝数范围为17～55；所述第二主透镜的阿贝数范围为55～95。

4.根据权利要求1所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述第一主透镜相对于所述第二主透镜，设置在靠近人眼侧；所述第二辅透镜为负透镜，所述第一主透镜的厚度在2mm～4.2mm之间，所述第二主透镜的厚度在5mm～6mm之间，所述第二辅透镜的厚度不大于1.5mm。

5.根据权利要求1所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述第一主透镜相对于所述第二主透镜，设置在远离人眼侧；所述第二辅透镜为正透镜，所述第一主透镜的厚度不大于2mm，所述第二主透镜的厚度在5mm～6mm之间，所述第二辅透镜的厚度在4mm～5.2mm之间。

6.根据权利要求4或5所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述第二辅透镜远离人眼一侧表面的面型为球面、非球面或平面。

7.根据权利要求1所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述第一辅透镜靠近人眼一侧表面的面型为非球面。

8.根据权利要求1所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述第一辅透镜与出瞳之间的距离范围为0mm～15mm，出瞳的直径范围为8mm～12mm，所述系统的总长范围为15mm～19mm，焦距范围为20mm～30mm，所述系统的视场角范围为45°～55°。

9.根据权利要求1所述的短焦折反投影系统，其特征在于：

所述消色差透镜组合中，最靠近人眼侧表面的曲率半径范围为150mm～350mm，最靠近显示屏幕侧表面的曲率半径范围为-100mm～-20mm；

所述第一主透镜和第二主透镜的厚度之和在7mm～11mm之间；

所述消色差透镜组合的焦距在70mm至170mm之间。

10.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：

图像源和如权利要求1至9中任一项所述的短焦折反投影系统，所述图像源包括发射圆偏振光的显示屏幕，或者，所述图像源包括设置有圆偏振元件的显示屏幕。

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